Дуэт иона NIST, описанный в выпуске 7 августа Природы, является компонентом для гибкого квантового симулятора, который мог расширяться в размере и формироваться к образцовым квантовым системам сложности, которая сокрушает традиционные компьютерные моделирования. Вне моделирования дуэт мог бы также использоваться, чтобы выполнить логические операции в будущих квантовых компьютерах, или как увеличенный квантом инструмент измерения точности.В экспериментах исследователи уговорили два иона бериллия, расположенные в отдельных зонах ловушки электрического поля (устройство хранения данных) в «запутанное» государство. Важный ресурс для квантовых технологий, запутанность включает близкую связь между частицами, таким образом, что измерение каждый предопределяет государство другого.
Это – первый раз, когда ионы в отдельных зонах были запутаны, управляя их электрическими взаимодействиями, важная функция, которая могла быть использована в квантовом моделировании и вычислении.Работа демонстрирует высокий уровень квантового контроля с микроизготовленной технологией ловушек, хорошо подходящей для необходимого увеличения масштаба, чтобы сделать мощные процессоры информации о кванте.
Позволяя отдельным зонам заманивания в ловушку исследовательскую группу, чтобы настроить взаимодействия ионов от слабого до сильного – особенность ожидала быть полезной для моделирования поведения сложных квантовых материалов.«Даже при том, что ионы заключены друг кроме друга, мы можем теперь запутать их», говорит физик NIST Эндрю Уилсон. «Мы планируем использовать это для квантового моделирования и вычисления, но когда я объясняю своей семье, что мы делаем, отдаленная запутанность кажется довольно романтичной».
«Мы сосредотачиваемся на идее, что все должно быть масштабируемым», отмечает Уилсон. «Чтобы сделать полезные моделирования, нам будут нужны универсальные ловушки больше чем с двумя ионами, и делающие ловушки, используя ту же самую технологию, используемую, чтобы сделать компьютерные микросхемы, дают нам эту способность. NIST вел этот подход, и нам повезло иметь большие средства для того, чтобы сделать этот вид работы».Побуждая ионы выполнить много запутанных квантовых танцев, исследователи сначала уговорили ионы, чтобы обменять единственный квант вибрационной энергии (самая маленькая сумма, которую природа позволяет). Они тогда использовали лазеры и микроволновые печи, чтобы запутать «вращения» ионов.
Аналогичный крошечным стержневым магнитам, вращения запутанных ионов указали в том же самом направлении, но были также в «суперположении» обращения в противоположном направлении в то же время. Суперположение – другая странная, но полезная особенность квантового мира.Исследователи говорят, что распространения нового модуля, чтобы сделать двумерную сеть нескольких десятков ионов было бы достаточно, чтобы выполнить полезные моделирования явлений, которые чрезвычайно трудно смоделировать даже на самых мощных традиционных компьютерах.
Пример – высокотемпературный superconductitivity – электронный поток без сопротивления – наблюдаемый в определенной керамике. Несмотря на больше чем 20 лет исследования, основной механизм остается тайной. Квантовый симулятор мог бы обеспечить более глубокое понимание.Дуэт иона также мог использоваться, чтобы выполнить логические операции в квантовых компьютерах, у которых будет более широкий диапазон заявлений, чем квантовые симуляторы.
И исследователи NIST также предполагают дуэт иона как датчик, в котором один хорошо управляемый ион используется, чтобы исследовать второй ион с интересными особенностями. Например, ион бериллия мог бы использоваться, чтобы исследовать заряженную частицу антивещества в другой зоне ловушки, говорит Уилсон.
Это исследование финансировалось Офисом директора Национальной разведки, Деятельности Проектов Перспективного исследования Разведки и Офиса Военно-морского Исследования.